helio

Una película transparente de óxido de bismuto y wolframio reposa sobre un sustrato sin conducir la corriente. Tres minutos en una nube de plasma de nitrógeno bastan para que se vuelva negra y su resistencia caiga mil millones de veces.

El neutrón es una partícula que normalmente reside en el núcleo atómico y no desaparece. Pero algunas teorías sugieren que, en ocasiones, podría transformarse en su gemelo invisible: una partícula imposible de detectar con los detectores convencionales.

En el cristal laminar CrSBr, los momentos magnéticos de los átomos están alineados como notas en una partitura: dentro de cada capa apuntan en la misma dirección, y entre capas, en direcciones opuestas. Esta melodía antiferromagnética suena hasta 132 kelvin, y más allá, el movimiento térmico destruye el orden.

El átomo de helio es como una cuerda bien tensa: cada nota que emite está estrictamente predicha por la teoría. Pero en los últimos años, las mediciones precisas de una de esas "notas" —la energía necesaria para arrancar un electrón de un átomo de helio excitado— han comenzado a sonar un poco más agudas de lo debido.

Una placa de cobre del tamaño de una moneda se vaporiza bajo el impacto del láser en milmillonésimas de segundo. La nube caliente de cobre se estrella contra el helio frío, como un chorro de vapor en el aire helado.

Un cristal de yoduro de sodio dopado con talio es como una película fotográfica para partículas invisibles. Cuando un rayo gamma o una hipotética partícula de materia oscura incide en él, emite un destello de luz débil. Dos fotomultiplicadores de silicio, presionados contra los extremos del cristal, captan ese destello desde ambos lados.

Un puente por el que peatones y ciclistas circulan en el mismo flujo sin estorbarse. Así funcionan, más o menos, los sistemas híbridos de superconductores y semiconductores: unos transportan corriente sin pérdidas y otros controlan esa corriente.

El radiotelescopio FAST, con su antena de quinientos metros, captó una señal en la longitud de onda de 21 centímetros, la forma en que brilla el hidrógeno frío. La señal provenía de una nube bautizada como Cloud-9. Flota en el espacio junto a la galaxia M94, pero no contiene ni una sola estrella.

Los primeros tres minutos después del nacimiento del mundo son una cocina cósmica donde la naturaleza preparaba los núcleos atómicos más ligeros. La receta la dicta la gravedad: controla el ritmo de enfriamiento del caldo caliente de partículas.

En 2024, el equipo de David Charbonneau apuntó el telescopio Magellan, equipado con el espectrógrafo WINERED, hacia LHS 1140. Durante el tránsito, la espectroscopia de alta resolución captó una línea de absorción de helio metaestable a 10833 Å.

En el núcleo ardiente de una estrella, dos núcleos de helio se acercan como dos bailarines en un escenario abarrotado. Su danza es la dispersión alfa, la base de la combustión estelar de helio. De la fluidez de su giro depende la rapidez con que la estrella quema su combustible. Antes, esta danza se describía de forma simplificada.

Imagina: una fina película de helio-3 superfluido recibe un brusco choque térmico. En ese instante, despierta en él toda una orquesta de oscilaciones colectivas, como si un golpe en un tambor invisible generara un acorde polifónico. El mecanismo de Kibble–Zurek, conocido por el agrietamiento del hielo al enfriarse rápido, adquiere aquí una elegancia cuántica.

En el agua hirviendo agua se puede ver un prototipo del truco cuántico: si parte del líquido se convierte en burbujas de vapor de larga vida, la masa principal se enfría.

El cúmulo de galaxias de Perseo es una metrópolis gigante de miles de islas estelares, inundada por un océano invisible de gas ardiente. Ese gas, como el smog urbano, guarda las huellas de todas las fábricas químicas que trabajaron en las galaxias durante miles de millones de años: explosiones de supernovas que esparcen a su alrededor átomos recién forjados.

Tres corchos flotando en el agua se mecen de forma caótica. Pero tres átomos de helio enfriados casi hasta el cero absoluto se comportan de otra manera: como si obedecieran una ley invisible de semejanza. Su atracción mutua es tan débil que los átomos forman una nube difusa.

En el densamente poblado centro de la galaxia, dos estrellas orbitan tan cerca que una despoja a la otra de sus capas externas, como el viento arranca la ropa de un tendedero. Queda un núcleo caliente de helio: una estrella sin envoltura de hidrógeno.

Una cerilla se enciende por ambos extremos. Primero arde la cabeza y, un instante después, la llama envuelve el palito de madera. Algo parecido ocurre quizás en algunas supernovas de tipo Ia, solo que en lugar de una cerilla hay una enana blanca (una estrella del tamaño de la Tierra) y en lugar de fuego, una explosión termonuclear.

En el helio superfluido, la fricción desaparece: el líquido fluye como un arroyo de montaña, pero sin un solo remolino. Un breve pulso láser agitó esta superficie y los científicos, con ayuda de la espectroscopía, captaron las ondas que se propagaban: ondas cuánticas con muchas velocidades.

Una olla con agua en la cocina: cuanto más caliente está el fuego, más rápido el hielo se convierte en agua y el agua en vapor. El calor destruye el orden. Pero a veces la naturaleza hace un truco: el calor hace que un líquido se congele, como un charco en una helada.

La luz de una estrella lejana se filtra a través de la envoltura gaseosa de un planeta, y los astrónomos intentan adivinar de qué está hecha esa envoltura. Así se estudian las atmósferas de mundos que no se pueden tocar. Cuando el planeta pasa frente al disco de su sol, su velo gaseoso intercepta brevemente parte de los rayos.

Un detector lleno de helio-4 superfluido se asemeja a un lago perfectamente tranquilo. El líquido no chapotea ni burbujea: permanece inmóvil en un único estado cuántico. A través de él atraviesa un visitante invisible: una partícula de materia oscura. Ella misma no brilla ni deja rastro.

Una partícula alfa es un núcleo de helio que sale despedido durante la desintegración de átomos pesados. Al entrar en un cristal de nitruro de galio, le transfiere su energía y genera un pulso eléctrico. Por la altura del pulso se puede saber cuánta energía tenía la partícula.

Cuando se implanta un electrodo finísimo en el cerebro, el cuerpo lo percibe como una astilla. Alrededor se forma una cicatriz de células gliales: una vaina aislante y densa que apaga la señal, como un trapo mojado amortigua la cuerda de una guitarra. El electrodo deja de escuchar a las neuronas.

En el helio superfluido, un vórtice se parece a un tornado en una botella, pero en lugar de agua hay un líquido cuántico que fluye sin fricción. Ese vórtice no se disipa por sí solo, así que la pregunta de dónde va a parar su energía permaneció abierta durante mucho tiempo.

En una habitación oscura, una linterna solo ilumina lo que cae dentro de su haz. Así, más o menos, estudian los físicos los átomos: un breve destello de luz arranca electrones y, siguiendo sus huellas, se puede entender cómo está hecho el átomo. Pero el helio tiene estados que no entran en el «haz» habitual: se esconden en la sombra.

En helio enfriado casi hasta el cero absoluto, el líquido deja de rozarse consigo mismo y fluye sin resistencia alguna.

En los primeros minutos del Big Bang, el Universo preparó un cóctel de hidrógeno, helio y una pizca de litio.

Un fluido sin fricción, que fluye eternamente, eso es la superfluidez. El helio-3 la adquiere solo a milésimas de grado por encima del cero absoluto. La teoría de este estado fue desarrollada por Lev Landau y Richard Feynman.

El núcleo atómico de helio-5 es como una cuerda demasiado tensa: con un leve toque se rompe en helio-4 y un neutrón. Capturar esa desintegración y medir su velocidad no es tarea fácil. Los métodos de cálculo habituales tropiezan con interferencias matemáticas.

El niobio es un metal que, al enfriarse a unos pocos grados por encima del cero absoluto, conduce la corriente sin resistencia. En los laboratorios se deposita en finas pistas sobre un sustrato, como si se extendiera crema sobre un pastel.

400 millones de años después del Big Bang, el telescopio James Webb detectó una mancha brillante cerca de la galaxia GN-z11, como un faro lejano cuya luz atravesaba la oscuridad primigenia.

El haz de iones de carbono golpea con precisión el tumor, como un cirujano que solo ve hasta la piel. Dentro del cuerpo, el haz se detiene, y dónde exactamente era antes un misterio. Ahora, al mismo haz se le añade helio: atraviesa el cuerpo por completo, como una radiografía, y por su rastro se ve a dónde llegó el carbono.

Una colisión a gran velocidad arrancó un neutrón del núcleo de helio-8, y por un instante se formó un núcleo de helio-7, como una estantería sobrecargada de la que caen tres libros a la vez. Este efímero «sonido» de la desintegración se ha podido registrar por primera vez: tres neutrones salieron disparados, dejando tras de sí un núcleo ordinario de helio-4.

La soldadura convencional no sirve para circuitos cuánticos: al enfriarse hasta la temperatura del helio líquido, el metal se agrieta y los contactos introducen ruido.

El helio líquido a temperaturas ultrabajas fluye sin fricción, como un lubricante ideal. En él nacen remolinos parecidos a los del agua común, pero su fuerza de rotación cambia solo por pasos fijos, como los de un tocadiscos: solo 33, 45 o 78 revoluciones.

Un líquido que fluye sin fricción es el helio-4 superfluido, un extraño estado de la materia a temperaturas inferiores a dos kelvins. En un volumen grande, la transición a la superfluidez ocurre a la temperatura del punto lambda, pero en canales estrechos todo cambia.

El silicio es como un bloque de construcción universal: con él se fabrican los chips de los teléfonos, los paneles solares y los láseres. Pero si se comprime con una fuerza enorme, los átomos se reorganizan en nuevos patrones: estas formas se llaman alótropos. Uno de ellos, el Si-XIII, se observó por primera vez hace más de veinte años, pero su patrón exacto seguía siendo un enigma.

A una temperatura de 0,1 K — tres décimas de grado por encima del cero absoluto — la materia deja de obedecer las reglas habituales. El helio se vuelve superfluido: fluye sin fricción, se filtra por rendijas y se comporta como un único líquido cuántico gigante.

Cuando una estrella como el Sol agota su hidrógeno, se hincha hasta convertirse en una gigante roja, mientras el helio se acumula en su núcleo. En cierto momento, el helio estalla: en unos segundos se libera tanta energía como la que la estrella había irradiado durante miles de años. Eso es el destello de helio.

Los radiotelescopios son como orejas que escuchan el cosmos. Normalmente hay una sola oreja: capta la señal de un diminuto punto del cielo. Eso es lento. En el telescopio «Parks», en Australia, ahora trabajan 72 orejas a la vez.